（土壤学专业论文）闻溪河流域景观格局演变与土壤养分时空变异研究.pdf

摘要 本文应用3 s 技术、景观格局指数法和马尔柯夫转移矩阵法探讨川北丘陵区闻溪 河小流域从1 9 8 2 年到2 0 0 4 年景观格局演变与土壤养分时空变异间的关系，以及系统 模拟与预测了其景观格局动态变化趋势。研究结果分述如下： 从1 9 8 2 年到2 0 0 4 年，闻溪河流域景观格局的多样性和破碎度变大，优势度变小。 在各类景观演变的时间序列中，早地、水田、园地和居民点的分离度明显地呈减小趋 势；而林地的分离度则呈增大趋势；水域的景观分离度变化幅度不大。各种景观形态 分维数的平均值排序为林地 水域 居民点 旱地 水田 园地。从景观格局的演变 过程来看，旱地、水田、园地和居民点的分维数呈增大趋势，林地的分维数呈减小趋 势。运用马尔科夫转移矩阵模拟2 0 1 0 年和2 0 2 0 年该区景观格局的变化趋势为林地的 比例减少，旱地、水田、园地、水域和居民点用地均增加，但以旱地、园地和居民点 增加最多。 1 9 8 2 年和2 0 0 4 年两个时段的土壤有机质对比分析表明，近2 2 年来流域东北部、西 南部土壤有机质含量普遍增高，中部维持不变，局部地区土壤有机质含量下降。从总 体上看，占流域面积6 9 7 的土壤表层有机质含量增加，而3 0 3 的土壤有机质含量减 少。 1 9 8 2 年土壤全氮含量在从东到西和从南到北方向上都呈线性增加趋势，由东南方 向西北部逐渐降低：2 0 0 4 年土壤全氮含量呈抛物线，中部较其他部分略高。2 2 年来土 壤全氮含量减少的区域占全流域面积的9 5 9 9 ，增加的区域占4 0 1 。土壤碱解氮含 量减少的区域占流域总面积的7 8 6 0 ，增加的区域占2 1 4 0 。 2 0 0 4 年土壤全磷样点的平均含量较1 9 8 2 年有所减小，而土壤速效磷样点的平均 含量呈增加趋势。2 2 年来土壤全磷含量减少区域占全流域面积的9 5 2 5 ，增加的区 域仅占全区面积的4 7 5 ，其中增加的区域仅位于土地堂的北部边缘部分；土壤速效 磷含量减少区域仅占全区面积的2 0 3 7 ，增加区域占流域面积的7 9 6 3 ，其中减少 的区域仅在冒火山西北部、上里沟北部呈带状分布。 2 0 0 4 年与1 9 8 2 相比，土壤全钾样点的平均含量减小，而速效钾样点的平均含量 增加。2 2 年来土壤全钾含量减少的区域和增加的区域分别占该流域面积的8 1 8 2 和 1 8 1 8 ；土壤速效钾含量减少的区域和增加的区域分别占全流域面积的3 8 2 2 和 6 1 4 7 8 。 2 0 0 4 年与1 9 8 2 年相比，林地中土壤有机质、速效磷和速效钾含量增加，土壤全 氮、碱解氮、全磷和全钾含量减少；旱地中土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷和全钾 含量均呈减少趋势，而土壤速效磷和速效钾含量却呈增长趋势；水田中土壤有机质、 速效磷和速效钾含量增加明显，但土壤全氮、碱解氨、全磷和全钾含量呈减小趋势。 总体上看，土壤全氮、碱解氮、全磷和全钾含量在三种景观类型中都呈减小趋势。 景观类型的变化引起了土壤养分含量的变化。林地改变为旱地后，土壤全磷和全 钾含量减少，有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均呈增加趋势：林地改变 为水阳后，土壤碱解氮、全磷和全钾含量呈减少趋势，土壤有机质、全氮、速效磷和 速效钾含量增加。 随着景观多样性、破碎度指数的增加和优势度指数的减小，川北丘陵区闻溪河小 流域内土壤养分中有机质、速效磷和速效钾的贮量增加，全氮、碱解氮、全磷和全钾 的贮量减少。2 0 0 4 年与1 9 8 2 年相比，林地景观面积减少，其分离度增加，分维数减 小，土壤中速效磷的贮量增加，土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、全钾和速效钾的 贮量均减少；早地景观分离度减幅达到1 9 0 0 ，其景观分维数增加，其土壤养分中 除全氮和全磷贮量减少以外，其余均呈增加趋势；水田景观分离度增加，分维数由 1 2 2 7 减少到1 1 4 9 2 ，其土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的贮量均呈增加趋 势。 关键词。景观格局，土壤养分，时空变异，马尔科夫转移矩阵 i i s t u d yo nt e m p o r a l - s p a t i a lv a r i a b i l i t y o fs o i ln u t r i e n ta n d e v o l v e m e n to fl a n d s c a p ep a t t e r ni nt h ew e n x i h ev a l l e y a b s t r a c t t h e t e m p o r a l - s p a t i a l v a r i a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c s o f l a n d s c a p e a n d s o i ln u t r i e n t w e r e s t u d i e d 坶u s i n g g i sa n dr e m o t es e n s i n gt e c h n i c a l ，i n d e xo fl a n d s c a p ea n dt r a n s i t i o nm a t r i xb ym a r k o vi nt h ew e n x i h e v a l l e yi nt h en o , h e ms i c h u a ns l o p e s i na d d i t i o n ，t h es p a t i a ls i t a _ m t i o na n dd y n a m i cv a r i e t yt r e n dw a s s i r e u t a t e d t h er e s u l 转s h o w e dt h a t ： f r o m1 9 8 2 at o2 0 0 4 a , t h ed i v e r s i t ya n df r a g m e n t a t i o no fl a n d s c a p ei nt h es t u d ya r e ab e c a m eb i g , t h ed o m i n a n c eo fl a n d s c a p ed i m i n i s h e d ，i ne v o l v e m e n t , t h ef r a g m e n t a t i o no fd r y l a n d ，p a d d y l a n d 、 o r c h a r da n dr u r a ld e c r e a s e d ，b u tw h i c ho ff o r e s t t a n di n c r e a s e da n do f w 蘸a rd i dn o tc h a n g eo b v i o u s l y t h eo r d e ro f t h ea v e r a g ev a l u eo f v a r i o u sl a n d s c a p ef r a c t a ld i m e n s i o n sw a sf o r e s t l a n d w a t e r r u r a l d r y l a n d p a d d y l a n d o r e h a r d f r o mt h ep r o c e s so ft h el a n d s c a p ep a t t e r ne v o l v e m e n t , t h et r e n do ft h e f r a c t a ld i m e n s i o no f d r y l a n 文p a d d y l a n d ，o r c h a r da n dr u r a lw a si n c r e a s e ds l o w l y b u tt h ef o r e s t l a n dw a s d e c r e a s e d b yt h em e t h o do ft r a n s i t i o nm a t r i xb ym a r k o v ，t h et r e n do fl a n d s c a p ep a t t e mc h a n g e c h a r a c t e r i s t i c sd u r i n g2 0 1 0a n d2 0 2 0w a sa n a l y z e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a lt h ep r o p o r t i o no ft h e f o r e s t l a n dw a sd i m i n i s h e d ；a n dt h ed r y l a n d ，p a d d y l a n d ，o r c h a r d , w a t e ra n dr u r a lw e r ea l li n c r e a s e d d u r i n gt h el a s t2 2y e a r s t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec o n t e n to f s o i lo r g a n i cm a t t e r ( s o m ) i n1 9 8 2a n d2 0 0 4 ，t h er e s u l t ss h o w e d t h a t , t h ec o n t e n to f s o mi nn o m h e a s ta n ds o u t h w e s t o f s t u d ya 黼w a si n c r e a s e d ，i nt h em i d d l ed i dn o t c h a n g e ，a n di nl o c a lp a r tw a sd e c l i n e d a saw h o l e 。t h ec o n t e n to fs o mi n6 9 7 o ft o t a la r e aw a s i n c r e a s e d ；t h eo t h e r sw e r ed e e r e a s e ad u r i n gt h el a s t2 2y e a r s 。 i n1 9 8 2t h es o i lt o t a ln f f r o g e n ( s t n ) c o n t e n th a dt h el i n e a rt r e n df r o me a s tt ow e s ta n df r o mn o r t h t os o u t h i na d d i t i o n a l l y ，i tw a sg r a d u a l l yl o w e r e df r o mn o r t h w e s tt os o u t h e a s t , t h ed e s c r i p t i o no ft h e s t nw a sp a r a b o l ai n2 0 0 4 ；t h ec e n t r a lp a r t so fs t u d ya r e aw e r es l i g h t l yh i g h e rt h a no t h e rp a r t s t h e c o n t e n to f s t na n ds a na l tw e r ed e c r e a s e d ，t h ed e c r e a s e da r e ap e r c e n t a g e sw e r e9 5 9 9 a n d7 8 。6 辨钰 r e s p e c t i v e l y ；t h e i n c r e a s e d w e r e 4 0 1 a n d2 1 4 0 憾r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dt o1 9 s 2 , t h ec o n t e n to fs o i lt o t a lp h o s p h o r u s 礴t p ) w a sd e c r e a s e d , b u ts o i la v a i l a b l e p h o s p h o r u s ( s a 鳓w a si n c r e a s e di n2 0 0 4 。d u r i n gt h el a t e s t2 2y e a r s , t h ei n c r e a s e da r e ao f s t pa n ds a p l l i w a s4 7 5 a n d7 5 6 3 。t h ed e c r e a s e dw a s9 5 2 5 a n d2 0 。3 7 9 包r e s p e c t i v e l y a m o n gt h e m ，t h e i n c r e a s e da r e ao fs t pw s se x i s t e di nt h en o r t hr e g i o no ft u d i t a n g ；t h ed e c r e a s e da r e ao fs a pw a s e x i s t e di nt h en o r t h w e s to f m a o h u o s h a na n di nt h en o r t ho f s h a n g l i g o u c o m p a r e dt ot h e1 9 8 2 ，t h ec o n t e n to fs o i lt o t a lp o t a s s i u m ( s t k ) w a sd e c l i n e d ，b u tt h ec o n t e n to f s o i la v a i l a b l ep o t a s s i u m ( s a k ) w a si n c r e a s e d a saw h i l e ，t h ep e r c e n t a g eo fi n c r e a s e da n dd e c r e a s e d a r e a t o t h e t o t a l a r e ao f s t k w a s8 1 8 2 a n d1 8 1 8 ，r e s p e c t i v e l y ；o f s a k w a s3 8 2 2 a n d6 1 7 8 9 乱 r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dt o1 9 8 2 ，t h ec o n t e n to fs o m ，s a pa n ds a kw a si n c r e a s e di nf o r e s t l a n d ，a n dt h e c o n t e n to fs t n ，s a n ，s 胛a n ds t kw a sd e c r e a s e d i nd r y l a n d ，t h ec o n t e n to fs o m ，s t n ，s a n ，s t p a n ds t kw a sd e c l i n e d ，a n dt h ec o n t e n to fs a pa n ds a kw a si n c r e a s e d i np a d d y l a n d ，t h ec o n t e n to f s o m ，s a pa n ds a kw a si n c r e a s e do b v i o u s l y ，b u tt h ec o n t e n to f s t n ，s a n ，s t pa n ds t kd e c r e a s e d t h ec h a n g eo f t h el a n d s c a p ew o u l db r i n go i lt h ec h a n g eo f s o i ln u t r i e n tc o n t e n t w h e nt h et y p eo f t h el a n d s c a p ew a st r a n s f o r m e df o r mf o r e s t l a n dt od r y t a n d ，t h ec o n t e n to fs t pa n ds t kw a sd e c r e a s e d ； t h ec o n t e n to fs o m ，s t n ，s a n ，s a pa n ds a kw a si n c r e a s e d w h e ni tw a sc h a n g e dt op a d d y l a n d ，t h e c o n t e n to f s a n ，s t pa n ds t kw a sd e c r e a s e d ；t h ec o n t e n to f s o m ，s t n ，s a pa n ds a kw i i si n c r e a s e d a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fl a n d s c a p ev 撕e t ya n df r a g m e n t a t i o na n dt h ed e c r e a s eo fd o m i n a t i o n ， t h es t o r a g e so fs o m ，s a pa n ds a ki nt h es t u d ya r e aw e r ei n c r e a s e d ；t h es t o r a g e so fs a k ，s t n ，s a n ， s t pa n ds t kw e r ed e c r e a s e d c o m p a r e dt o1 9 8 2 ，t h ei s o l a t i o nd i v e r s i t i e so f f o r e s t l a n da n dp a d d y l a n d w e r ei n c r e a s e d ，a n dt h ef m e t a ld i m e n s i o no ft h e mw e r ed e c r e a s e d ；t h ei s o l a t i o nd i v e r s i t yo fd r y l a n d d e c r e a s e d1 9 0 0 a n dt h ef r a c t a ld i m e n s i o ni n c r e a s e d t h es t o r a g e so fs o i ln u t r i e n tw e r ed e c r e a s e di n f o r e s t l a n de x c e p ts a p i nd r y l a n d 。t h es t o r a g e so fs o i ln u t r i e n tw e r ei n c r e a s e de x c e p ts t na n ds t p i n p a d d y l a n d ，t h es t o r a g e so f s 列，s t pa n ds t kw e r ed e c r e a s e d ，a n do t h e r sw e r ei n c r e a s e d k e y w o r d s ：l a n d s c a p ep a “e r n 。s o i ln u t r i e n t , t e m p o r a l * s p a t i a lv a r i a b i l i t y , t r a n s i t i o nm a t r i xb y m a r k o v v 本研究得到 四川省教育厅人才培养基金 ( 0 1 l a 0 2 ) 四川省青年科技基金 ( 0 4 z q 0 2 6 - - 0 1 8 ) 资动 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：j 寥互事 弘t 舞6 月j 6 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有 关部或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 研究生签名 芩奇 导师签名：、峁娌业耋 i l l 缸f 年6 日x 0 日 ，叼苗年，月日 l 绪论 1 1 问题的提出和选题的意义 jj i l l 丘陵区是四川赫地主要的农业生态区之，其降水丰沛，热量充足，土地类 璧与生惫炎整懿复杂多榉。莲善经济瓣莰速发震秘入日懿不叛瓒攘，乎瑷区瓣遥菝簇 市和工业发展占用，使得农业用地迸一步向丘陵、低山地区扩展，导致丘陵、低山地 区内景观格局的剧烈变化。随着景观格局的改变必定会引起景观单元内生物岛土壤间 秘震( 惫疆券分) 迁移巍麓量交换豹变纯。羁移，主壤莽分豹变往雩| 莛生物灞往( 懿 代谢强度等) 的变化和土壤性质的改变，进而影响了水土流失；而水土流失的加剧也 会引起土壤养分贫乏及土地退化，最终导致景观格局的演变( 图l ，1 ) 。因此，本文以 翊丘陵嚣痰闻溪涎滚城惫秘搽讨聂羧嚣象鼷强弱瓣演交羁主壤葵势豹辩空分鑫特 征，对于该医土地资源的可持续利用和区域经济的健康发展具有艇要的理论意义和实 践价值。 景观稽局整化 生 尊建携幸挈蠲生貔棒躅 l 水土流火igj 生物黼变化f3l 生物活峻化j 十壤养分赍化 睡1 1 景观格局瓤l 土壤养分昀荧系 f i g 1 。1r e l a t i o nb e e n l a n d s c a p e p a t t e r na n ds o i l n u t r i e n t 本文以川北丘陵区闻溪河小流域为例，采用3 s 技术，运用最观格局指数与空间统 计特征比较、马尔柯夫转移矩阵法来反映丘陵区内擞观格局演变岛土壤养分时空变异 特征，蒡辩箕送壤空闽貉溺秘凌惫交纯趋势透行系统模攒与鬟溺。奉研究瑛嚣豹实麓 可以了解景观格局的分布特征及其演化规律，尤其怒在景观监测的基础上对景观格局 变化定量预测预报、土地资源的有效利用和生态建设提供理论依据。 l 。2 研究现状综述 l 。2 。l 黧痰夕| 、1 i 突内銮的檄述 1 2 1 1 豢观格稀的研究 景观格局懋大小和形状不的景观骰块体在景观空间上豹排剐( 伍业铜等，1 9 9 2 ； 攀豫滨等，t 9 9 8 ) 。盎予景髓格弱甄是豢漤异获毪豹箕体醛臻，霹时又是蓦释笙奈避 稷猩不问尺度t 作用的最终缩果，因此，潦观格局研究怒景观生态学中的基础谯撩心 研究领域之一( 墨根绪等，1 9 9 6 ；邬建国，2 0 0 0 ；傅干自杰等，2 0 0 1 ) 。 当翡懿最鼹辏蜀璐究主要毽捶：( ) 瓣鬃鬟踣弱麓谂滔矮懿搽讨，鸯最疆格褥硬 究提供了良好的概念基础( n a v e h 等，1 9 8 4 ；f o r m a n ，1 9 8 6 ；肖笃宁等，1 9 9 1 ；傅伯 淼等，1 9 9 5 , s e l i n g c r ，1 9 9 9 ；j i a n g u o 等，2 0 0 2 , 李辨珍等，2 0 0 4 ) 。( 2 ) 对景溉格 鼹瓣足囊霾题的戮寒，对雯悫避程、尺度秘景鬟箍嚣撰数翡美系逡行磅变，孩骥窀在 不同尺度上如何选取适宜的指数来描述濑前景观格局* 生态过程和选用适当参数预测 聚观格髑( k r u m m e l 等，1 9 8 7 ；o n e i l l 等，1 9 8 8 t r u n e r 等，1 9 8 9 ；j o a q u i m 等，1 9 9 8 ； l u t z ，2 0 0 ；张够等，2 0 0 4 ；郄蘩等，2 0 0 4 _ ；o u i l l e m 等，2 0 0 4 ；t o r d 替，2 0 0 4 ；h a r b i n 蹲，2 0 0 4 ) 。( 3 ) 对新的研究手段国技术的应用研究，如_ 应用空问娥计学方法研究景 观格局与尺度问题( t r u n e r ，1 9 8 9 ) 以及对邋感和濑理信息系统技术的应用研究 ( i v e r s o n ，1 9 8 8 ；m i l n e 等，1 9 8 9 ；全恚杰等，1 9 9 7 ；李臻辩等，1 9 9 9 ；王兮之等， 2 0 0 4 l i 等，2 0 0 4 ) ，这些研究以邂感和地理信息系统为工具，对聚观的变迁过褪进 行了分析，其中对景观时空畿化的研究方法也怒景观格局研究的重骚方向；( 4 ) 对经 鼹象麓壤墼方法麴袋究，魏g a r d n e r 等1 9 嗡建立了嵇经溪蘩寒磷突荣麓楱羁瓣褥嵇 丰富度的影响，其他如地理横型，人口和嫩态系统动怨模型镰均是硪蛲景溉格岗与生 给过程的关系的数量化方法( 孙启商，2 0 0 1 ；r h e y n a 档，2 0 0 4 ；桑媳国，2 0 0 4 ；7 妈益 瓣簿，2 0 0 4 ) 。 l + 2 + 1 2 最理格蹋与生态过稳购磁炎 格闶和过程是生态学中檄富挑战性的研究( h o l l i n g ，1 9 9 2 ) 。景观格局和生态过程 匏糍夏装系曼景鼹玺态臻究浆主要疆麓( t u r n e r ，1 9 8 9 ) ，逢是最蕊垒惑学瓣主要黪德 期理论核心之- - ( f o r m a n 等，1 9 8 6 ；f a r i n a ，1 9 9 8 ) 。掣期景戏掺局与生态过程的磺究 多集中在对各种干扰的研究，尤其是关予林火于扰的研究比较著名( p i c k e t 等，1 9 8 5 ； t u r n e r ，1 9 8 7 ；徐毒乏藏等，1 9 9 7 ；n e e m a n 等，1 9 9 9 ，t h o t l l a s 等，1 9 9 9 ；f r a n c i s c o 2 磐，2 0 0 2 ； m o n i c a 等，2 0 0 3 ) 。此外，为自然保护麟设计和生物多样性保护而进彳亍 的物种在异质景观中的分布、运动和生存的分析也是景观格周与生态过程研究的重要 沟容( d e n b o e r ，1 9 8 1 ；f a h r i g 等，1 9 8 5 ：k a r e i v a 等，1 9 9 5 ；m c g a r i g a l 等，1 9 9 5 ) 。 近年来，景观生态学研究越寒越关淀异威景观中或不网景观楱局中壤养分状况螅磅 究( m o r r i s 等，1 9 9 8 ； f u 等，2 0 0 0 ； 邱扬等，2 0 0 4 ) 和景观格局与生态过程的结合问 麓( v a n d v i k ，2 0 0 2 ；t h o m a s 等，2 0 0 4 ；h a r i n i 等，2 0 0 4 ；m i c h a e l 等，2 0 0 4 ) 。 1 2 。2 阑爽夕| 、研究方法的概述 1 2 2 13 s 技术在景观格局和生态过程中的应用 g p s 为r s 影像数据和g i s 数据提供精确定位信息。r s 作为种获取和更新空 耀数据的强有力螅手段，够提供融效毂强、壤骥度麓、鳖渊莲疆大、其窍综合往静 定位定嫩信息，有助于g i s 数据库的及时更新，确保现实性，特别怒在进行景观格局 动态分析中，具有其他类型数据所无法代替的优越性。地理信息系统( 0 i s ) 在存储 餐理窝分褥处疆空阉患、线、瑟售怠方瑟暴有黪有功麓，可将遗耱褥 垂囊餐途爱浃鲞 来，能按人的需求组织、管理、提取和威用空间信息，具有可视化、实时化、动态化 和全方位的特点。因此，在景观格局分析中，3 s 集成技术将为其提供更加准确、实 时旋基懿数豢。 从现有的研究报道看，3 s 技术在景观生态学中的应用已经非常广泛。其用途主 鬻为：( 1 ) 确定斑块大小、形状、毗邻性和连接度( 查掬等，1 9 9 7 ；关覆基等，1 9 9 8 ； l a w e s 等，2 0 0 4 ；m i c h a e l 等，2 0 0 4 ) 。f 2 ) 分析豢骚空鬻格弱豹变纯 朱震逸等，1 9 8 1 ； 傅伯杰，1 9 9 5 ；李明阳等，1 9 9 9 ；贾宝垒等，2 0 0 1 ；玛安青等，2 0 0 2 ：f r a n c i s c o 等， 2 0 0 2 ；f r a n k l i n 等，2 0 0 3 ；l a w e s 等，2 0 0 4 ) 。( 3 ) 分析景观中能量、物质和生物流的 方淘帮邂量( b a i 等，2 0 0 0 ；a n e t t e 等，2 0 0 1 ) 。确鬃鼹交鼙骆图像输出和模狻模型 的结合( c l a r k e 等，1 9 9 7 ；d a i 等，1 9 9 9 ；c h e r t 等，2 0 0 1 ；灞盏明等，2 0 0 4 ) 。3 s 技 术的运用可以促进景观生态学的理论和威用的研究。如将零散的数搦和图像资料练合 并存贮奁一起，使于更有效耱稍用。提商了景观资瓣静质量，增加了对资料的存敬速 度和分析能力，促进了景观，生态学原理和方法奁环境娥划和炎源管理诸方甄的实际应 用( 邬建网， 2 0 0 0 ；傅伯杰蒋，2 0 0 1 ) 。 1 2 2 2 豢或格耨演变分耩方法 耳瓣景观格局演变的分析方法主要有景观格局指数与空间统计姆征比较，马容柯 夫转移矩阵法和主要以细胞自动机理论为基础的景观格局动态模拟。 ( ) 景甄格局指数与豢戏格褥空阂统计特征院较 景观格局搬数是瘫度浓缝的襞双格岗信息，是反映景观终梅组成、空蚓配置特征 的简单缀化指标( 张明，2 0 0 0 ) ，通过比较景观格局指数在时间维上的变化反映景观格 褥演交麓势。大量学者在这方面骰了尝试( t r u n e r 等，1 9 9 1 ；穗伯杰，1 9 9 5 ：h u l s h o f f , 1 9 9 5 ：巍笃宁笛，2 0 0 1 ；r a o 等，2 0 0 1 ；f r a n k l i n 等，2 0 0 3 ；邸扬，2 0 0 4 ：李秀珍等， 2 0 0 4 ；徐建华蒋，2 0 0 4 ；l a w e s 等，2 0 0 4 ) ，所选择比较的景观指数主要有：斑块水 平( 如斑浃面积、周长、斑块形状指数及冀平均佼与标准差) ；景观水平 。尽管褒毙较躲景鼹指数数要繁多， 但大多桶于以下几类：信息论类型、面积与周长比类型、简单统计学指标炎型、空间 褶邻或相关类艇及分维类型，这些指数之问豹稻关性较高，因此同时采用多个指数( 尤 葵是霜一类型熬指数) 逶行较 堇缝并不罐热毅的售惑( 张骧，1 9 9 9 ；张明，2 0 0 0 ；薅 伯杰等，2 0 0 1 ；a n e a e 等，2 0 0 1 ) 。这些景观格局指数的比较只是格局几何特征变化 的反映，这仅仅是对荣观结构空间分布特征变化的描逑。发麓能够艇陕生悉过程的景 躐揍局攒数鼹其进行 b 较，戏将景鼹格局交化鼍其掰弓| 起鳃生态过獠变讫攘结合遴行 景观格周指数变化的解释性的深入研究也许会使景观格局指数的比较更有理论与实 践意义。由于受到地域分布上具有连续控的空间相互作用和空间扩散过程影响，实际 袋爨中熬斑安与斑块之闰豹器限势不憨慧截然分明熬。景溪绣梅变豢在空润分毒圭往 往表现出一定的规律性，即存在着照著的自相关关系。空蚓自相关( s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o n ) 是景观格局的最大特征之一。比较景观格局的空间统计特征来揭示 爨鼹格瘸演变熬对空溪簿鹣研究爨有尝试，骜辉等液瑗空润自糖关分辨法( s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o na n a l y s i s ) 对深圳市龙华地区快速城市化过程中的景观格局空间自相关 特征作了比较分析，b a i 等运用分形几何学( f r a c t a lg e o m e t r y ) 对美国德克萨斯州萨瓦纳 豢蕊褒块囊悫避雩亍磷究。 ( 2 ) 马尔柯夫( m a r k o v ) 转移缎阵( t r a n s i t i o nm a t r i x ) 的逡用 景观中基质、斑块与廊道间的相互转化，可以采用生态学中的玛尔柯失( m a r k o v ) 转移矩舔模壁泉确定其交讫瓣方潜帮速度。马客梅夫链是一稀特殊豹箍撬运动过程， 它反映的是系统由t 时刻向t + i 时刻状态转化的一系列过程。这种转化要求t + l 时刻的 状态只与t 时刻的状态有关。比较不同历史时期的调查、监测资料、航片以及卫片， 4 运用马尔柯夫模型能够定量地描述景观斑块动态。张明运用马尔柯夫转移矩睇不仅定 量遂攒逑了稳棒毽嚣不溺沙漠纯撩之耀懿鞠互转纯清提，瑟羹毽定量搐述沙溪证 土地与其它各类斑块( 耕地、草地和林她等) 的转化状况。史培军、陈浮、嗣光进等也 运用马尔柯夫转移矩阵分别对深圳市、无锡马山区及海口市做了景观斑块动态研究。 d a i 等应冀穗客援夫转移蹩阵分凝了麓窜大魁l l 霓h a n t - s a i n t - l a u r e n t 蘧区1 9 5 8 - - 1 9 6 5 年、1 9 6 5 - - 1 9 7 3 年、1 9 7 3 - - t 9 8 3 年、1 9 8 3 - - 1 9 9 3 年4 个时段的景观单元转换情况。近 年来越来越多的学者采用马尔柯夫转移矩阵来研究景观中不同炎型的转换( 舄辉红 等，2 0 0 1 ；舄安毒等，2 0 0 2 ；c h e n w ，2 0 0 2 ；王鬟擎等，2 0 0 3 ；l 迸l t e n ，2 0 0 3 ) 。 ( 3 ) 燎观格局动态模拟 无论题景观格局指数与空间统计特征比较法逐是马尔柯夫转移矩阵法，殿映的都 是爨蕊疆爨演交熬缝象。逡理学者与囊然零季学者蠢歹 = 始怼景袋楱嚣演交熬过熊进行模 拟( b a t t y ，1 9 8 9 ；l a g r o ，1 9 9 2 ；v e l d k a m p ，1 9 9 6 ；c l a r k e ，1 9 9 7 ：w h i t e ，1 9 9 7 ；w u ， 1 9 9 8 ) 。这热模拟大多越以细胞自动机( c e l l u l a ra u t o m a t a ) 理论为基础，大致可以分为以 下三类：摸援( s i m u l a t i o n ) ，译嫠霭g 融濂l o n ) 霹综合法( i n c l u d ee s t i m a t e dp a r a m e t e r sw i t h s i m u l a t i o n ) 。c l a r k e 与w h i t e 分别运用细胞自动机模型模拟了城市的发展过程。幽于g i s 与遥感技术在景观生念学研究中的广泛采用，为应用细胞自动机数量化景j 1 5 畦格局动态 攘攒带慕缀大方便。模羧袋溪格裁魂淼褥套韵予瓣未来景蘧疆筠演交方羯熬懿搓，茏 其是对景观格局动态的定量预测预报，将为景观规划与管理、资源使用与保护提供科 学的指导。渤前限制景观格局动态模拟的一个主要臌因就是缺瓮对景观过程与景观格 焉程互终潮豹诀谖隘及黧侮在模型孛融合这些知谈。 1 2 2 3 土壤养分空间变界的研究方法 当今圈内外壤养分空间变异研究的趋势之一是在网格取榉或指导取样的基础 上采赁逾统计学方法束攒示其交异麓簿。遣统诗学方法研究壤空闽变异瓣瑷论婊撵 是m a t h e r o n 区域化变量理论，它最初被应用于矿产锚探领域。该理论提供了描述区域 特性的方法，即空间的连续性，这是任何其他数学函数所难以傲到酶。在区域他变量 理论豹基稻上，产生了一缀求解弱郝缎髯移动魏投平均篷形式麓内插法，最终绘制出 区域内某种士壤属性的分布图。其中，不同形式的k r i g i n g 内插法怒目前在地统计学中 应用最为广泛的内捶法，它是利用原始数据和半方麓函数的结构瞧，对未采榉点艉区 域纯变量避彳亍无褊估计熬一种方法。该方法的一个露蠲特点是黥够计算出每个估计值 的误差大小，从而能知道每个估计值的可靠性程度。如果样本数据是正态分稚威平稳 5 的，对点和区域的估值可以用最简单的点克力格或区段克力格方法。土壤性质常常表 现燕对数聂泰尧力辏法或藏薮佳夷力褥法更为会逶。表袋为弱平稳毪魏数撵霹蔽宠滔 除趋势或用泛克力格方法进行插值，不同方向上土壤变异性的蓑舜则可以用备向异性 半方差函数模型获得克力格法方程中的权重。最常用的方法是普通克里格法( o r d i n a r y k r i g i n g ) ( 文终瑟等，2 0 0 3 ；张毽熔笛，2 0 0 4 ；a l p h e n 等，2 0 0 0 ；t h o m a s 等，2 0 0 3 ； 程先富等，2 0 0 4 ；d e b u s k 等，2 0 0 1 ) ，它要求区域化变量满足= 阶平稳或本征假设。 另外，协同兜力格法也是一种正在引起人们重视的方法。它是利用两个或多个变量之 阑夔互稠关经，爱萁孛熬一个交萋辩爱一令交量邀葶亍 鑫量 戆方法( 歪致投，1 9 9 9 ；s a b i t 等，2 0 0 3 ) 。 i 3 研究嗣标、研究内容和技术路线 1 3 1 研究目标 逶遘辩矧j 丘陵送阚溪海小滚域最鼹捂爨演变与土壤对空炎器特薤静黎讨，定量 研究该隧景观元素的数缀、种类、形状及分布特镊，掌握本区景观格局动态变化，在 景观监测的旗础上对景观格局变化进彳子定量预测预报，为景观的规划与管理、资源的 有羧弱溺及环境保护撬撩重要参考爨耩。司跨探诲该区壤莽分辩空交吴特糍，菇该 区土地资源的可持续利用和区域经济的健康发展掇供理论依据，实现土壤质缀调控， 促进农业的可持续发展。 1 3 2 研究内容 1 ) 磺究嚣豢鬣捂弱滚变特薤分掇； ( 2 ) 闻溪河流域土壤养分的时空燮辫特征探讨 ( 3 ) 景观格局演变与土壤养分时空变异的关系探讨。 l - 3 _ 3 技术路线 蓄先牧寨研究区壤菠查资辩移英燕稷关资粒，然嚣豢撵浚然夔蜜糕鋈耱选取襻 点布设方法，再确定合瑷的采样数目和位置，野外采样时用g p s 和r s 遥感影像结合 6 进行样点位嚣确定，采取0 2 0 c m 深度的土壤样品；经挑干蜃再遴彳亍分析化验，褥 出化验结果，即得到2 0 0 4 年的土壤养分数据；根据收集到的1 9 8 2 年土壤酱查资料和 2 0 0 4 年豹土壤养分数据建立1 9 8 2 年和2 0 0 4 年静区城土壤弊分交辩函数模型，进幸亍 爽里格内捶饿傻，获得1 9 8 2 年和2 0 0 4 年的空间分布圈以及 墩们的慰空变异圈；将收 集到的圈件处理后获得1 9 8 2 年、1 9 9 2 年和2 0 0 4 年的景观格局属性数据库，由其可 获得三个年徐荣蕊播简空闻分布圈和时空演镬二溺；将壤时空变异阕和景观格局时空 演化图爨加探讨景戏格局演化与壤时空变异敕关系( 圈1 2 ) 。 壤燕器藏圭 羹、1 9 8 2 睾圭壤普套资辩，律赣等资辩 确定采样位薹和蕺目，野姊 艰样并进行室内化验分析 9 8 2 华土壤普盎资料 2 0 0 4 每土壤养分鼓据瘴 建立1 9 8 2 年和2 0 0 4 年区域土壤养分变 异蘧羲模型，避行竟璧捶内播髂蓬 1 9 8 2 年和2 0 0 4 年土壤养分空闭变异雷 2 2 年间土壤养分时空变异圈 1 9 8 2 年圭琏稍蕊瑟，1 9 9 2 年遥感资料，地形圈 1 9 8 2 年土 遣裂蔑翟 扫描数字 诧 1 9 9 2 年遥 感孵避嚣 处理及雷 像瓣译 实地调绘获得 2 0 0 4 年土姥裁 用圈扫描进行 数4 笋他 获褥1 9 8 2 粤，1 9 9 2 年和2 0 0 4 年素麓辖悬震牲数据痒 得到1 9 8 2 年、1 9 9 2 年和2 0 0 4 年静秉观榕局空间分布酉 2 2 年来呆观棒局演变围 转换成格网盘件后叠加，探讨该区景 观格局演变母土壤养玲时空变异特征 运用繁观榕局糟蕺与空ii 运用马尔科夫 阈统计特征比较浩分析ll 转穆炬阵楗撤 秉观棒蔺演证戴律 li 录躐格两演化 图1 2 本研党熬技术漉鞋 f i g a 2t h et e c h n i c a lf l o wo f t h i ss t u d y 7 2 研究区域概况与试验方案 2 研究嚣藏疆嚣 研究区位于四川盐地北部广元市剑阁县木马镇内，区内属溉热带湿润气候区，年 均湛1 4 ，9 v ，年降承量1 0 8 6 。6 m m ，5 l e 胃降水爨占全年降永壁秘8 7 。送淹出露 地层为鑫凳羝城墙砉群屯曲毒缰移者、混岩渡及砾潦。嚣内地貔类鍪力浅切割台粱状 高丘窄谷。区内土壤圭簧钙质有紫色土和水稻土。 该医现程太叠1 1 7 5 0 太，农村劳动力1 1 2 0 5 太，农监天均缝收入1 3 0 0 0 0 元。整 个研究送幅爱面积7 。8 i k m 2 。由予西部大开发以及该嚣社会、经济快速发袋韵带动作 用，促使本隧的经济得